PLA-kuitumateriaali on uudenlainen biopohjainen biohajoava materiaali, maitohappo pääraaka-aineena polymeerien polymerointi, raaka-aineet riittävästä ja uusiutuvista lähteistä, pääasiassa maissista, maniokista ja muista raaka-aineista, voidaan käyttää sulakehruussa, sähköstaattinen kehruu ja muut käsittelytavat.PLA-kuitumateriaalin hyvän biologisen yhteensopivuuden, helposti hajoavan uusiutuvien ja muiden ominaisuuksien ansiosta, joten sillä on hyvät mahdollisuudet käyttää biolääketieteen, suodatuksen ja erottamisen, pakkaamisen ja niin edelleen aloilla. Sillä on hyvät sovellusmahdollisuudet. Tämä tutkimus keskittyy biopohjaisten PLA-kuitujen valmistukseen.
1, Sulata kehruu
Sulakehräysmenetelmä perustuu polymeerisulaan raaka-aineena, joka suulakepuristetaan kehräysreitin läpi ja jähmettyy kuiduiksi nopealla kondensaatiolla ilmassa. Sulakehräysprosessi on yksinkertainen, kehruuneste itse kuidun muodostavalle polymeerisulalle, ei tarvitse kehruuliuottimen tai kondensaatiokylvyn talteenottoa, ja kuidunmuodostusprosessi on valmis kaasufaasissa, kitkavastus on pieni ja sitä voidaan käyttää korkeampaan kelan nopeus, korkea tuotantotehokkuus. Kaikkia kuituja muodostavia polymeerejä ei kuitenkaan voida käyttää kuitujen valmistukseen sulakehruulla, joka on yksi kuitujen sulakehruuvalmistuksen edellytyksistä: polymeerin sulamislämpötilan tulee olla alhaisempi kuin sen lämpöhajoamislämpötila noin 30 astetta, muuten on vaikea käyttää klassista sulatusmenetelmää kehruussa.
PLA-sulakehruun tuotantoprosessi on samanlainen kuin polyeteenitereftalaatti-PET:n kehruuprosessi, joka on jaettu nopeaan kehruu-yksivaiheiseen menetelmään ja kehruu-venytys-kaksivaiheiseen menetelmään. Sulakehräysprosessissa PLA:n hajoamisreaktion lämpöherkkyyden ja sulatteen korkean viskositeetin välillä on ristiriita, mikä johtaa erittäin kapeaan lämpötila-alueeseen PLA-sulakehruuprosessissa ja tarpeeseen kontrolloida perusseoksen vesipitoisuutta. estää hydrolyysin ja hiiltymisen sulaekstruusioprosessissa. Samaan aikaan PLA:n alhainen kiteytysnopeus johtaa alhaiseen lämpövääristymälämpötilaan, hauraaseen materiaaliin, huonoon sitkeyteen ja pitkään muovausjaksoon. PLA-sulakehruun suorituskyvyn parantamiseksi Pan Xiaodi et ai. havaitsivat, että leikkausnopeuden lisäämisellä eli kehruunopeuden lisäämisellä on vähemmän vaikutusta PLA-sulan näennäiseen viskositeettiin ja kehruuprosessia on helpompi hallita.
Li et ai. valmisti polypropeeni/polymaitohappo (PP/PLA) -kuituja sulakehruulla ja tutki niiden ominaisuuksia ja havaitsi, että PLA:n lämpöstabiilisuus väheni hieman PP:n lisäämisen myötä, mutta kiteisyys parani ja PP/PLA-sekoitettujen kuitujen orientaatio ja mekaaniset ominaisuudet paranivat.
CLARKSON et ai. valmisti korkean jäykkyyden omaavia selluloosan nanokuitu/poly(maitohappo) (CNF/PLA) komposiittikuituja sulakehruulla vedettömässä ja liuotinvapaassa olosuhteissa käyttäen poly(etyleeniglykolia) (PEG) täyteaineena, ja kuitujen mekaaniset ominaisuudet olivat lisääntyi 600 % lämpövenytyksen jälkeen, kun lisättiin CNF, jonka massaosuus oli 1,3 %.
2, Ratkaisun kehruu
Liuoslinkous on jaettu kahteen tyyppiseen liuoskuiva- ja märkämenetelmään. dikloorimetaania, trikloorimetaania tai tolueenia käytetään usein liuottimina valmistettaessa PLA-kuitujen kehruuvarastoliuoksia, kuten YANG S et ai. joka tutki suurimolekyylipainoisten PLA/CNT-komposiittien liuosvalujen kiteytymistä liuottimien, kuten dikloorimetaanin (CH2Cl2), trikloorimetaanin (CHCl3), N,N-dimetyyliformamidin (DMF) ja 1,4-dioksaanin ( DIOX). -dioksaani (DIOX) liuottimet. Havaittiin, että hiilinanoputkien (CNT:iden) lisääminen, joiden massaosuus on 0,1 %, voisi edistää iso-PLLA/PDLA-seosten neutraalien konformaatiokiteiden (SC:t) muodostumista.
Laajakulmaröntgendiffraktio- ja differentiaaliskannauslaskelmat osoittavat, että liuottimien kyky lisätä SC-pitoisuutta PLLA/PDLA/CNT-komposiiteissa on DMF:n, DIOX:n, CHCl3:n ja CH2Cl2:n mukaan laskevassa järjestyksessä. Erityisesti DMF:ssä muodostuu erottuvia SC-mikrokiteitä. Tämä ero voidaan selittää liukoisuusparametreilla ja liuotinhöyryn paineella. Tutkimuksen tulokset tarjoavat myös mahdollisia ratkaisuja PLLA/PDLA/CNT-sekoitusten kiteisen koostumuksen säätelyyn.
Liuoskehruu PLA-kuitututkimuksen valmistelemiseksi vähemmän, sulakehrätyillä kuiduilla liuoskehruulla on seuraavat edut: kehruuprosessissa verkkorakenteen polymeerin kietoutuminen on pienempi, joten primäärilangalla on korkeat vetoominaisuudet; kehruulämpötila on alhainen, lämpöhajoaminen on pienempi kuin sulakehrättyjen kuitujen; kuidun mekaaniset ominaisuudet ovat hyvät, sulakehrättyjen kuitujen lujuus on korkea, mutta liuoskehruu on hitaampaa kehruua, kehruuprosessia liuotinkontaminaatiosta ja kierrätysongelmista, mutta teollisen tuotannon sovellukset ovat rajoitetumpia. Siksi se on rajoitetumpi teollisissa tuotantosovelluksissa.
3, sähköstaattinen kehruu
Sähköstaattinen kehruu tarkoittaa polymeeriliuosten tai sulatteiden kehruuprosessia käytetyn sähkökentän vaikutuksesta, ja valmistetut kuidut voivat saavuttaa nanomittakaavan (5 nm ~ 1000 nm), mutta kehruuolosuhteet voivat vaikuttaa voimakkaasti kuitujen morfologia ja ominaisuudet. Yin Xuebing et ai. tutki dikloorimetaanin (DCM), heksafluori-isopropanolin (HFIP) ja dimetyyliformamidin (DMF) vaikutuksia PLLA-liuoksen filamentinmuodostuskykyyn, kehruutuotteiden mikrorakenteeseen ja suodatusominaisuuksiin.
Todettiin, että DCM/DMF:n sekoitettu liuotin voisi tehokkaasti parantaa PLLA-liuoksen filamentin muodostusta ja suihkun stabiilisuutta, kuidun halkaisija pieneni merkittävästi ja kuitujen väliin muodostui erityinen rakenne karkeista ja hienoista risteyksistä ja paras kokonaissuorituskyky kuitukalvo saatiin PLLA-kehruuliuoksesta, kun DCM/DMF:n tilavuussuhde oli 0,2.
Wang et ai. käytti suladifferentiaalista sähköstaattista kehruua PLA-kuitujen valmistukseen, ja kuitujen keskimääräinen halkaisija saavutti vähintään 400 nm:n kehruulämpötilassa 260 astetta, ilmavirtausnopeudessa 20 m3/h, ilmavirran lämpötilassa 100 astetta ja pyörimisetäisyys 5,5 cm. Lisäksi Zhong Guo-cheng et ai. käytti hydroksyylipäällystettyä D-tyypin polymaitohappoa (D PLA) makromolekyyli-initiaattorina käynnistämään L-propyylilaktidirungon renkaan avaava polymerisaation tuottamaan erilaisia. Lisäksi Zhong et ai. käytti hydroksyylipäällystettyä D-tyypin PLA:ta makromolekyyli-initiaattorina käynnistämään L-propyylilaktidikappaleen renkaan avauspolymerisaation lineaarisen kuutiomaisen kaksilohko-PLA:n valmistamiseksi lukukeskimääräisillä molekyylipainoilla, ja valmisti submikronisia kuituja sähköstaattisen kehruun avulla.
Tulokset osoittivat, että muodostuneiden kuutiokomposiittikiteiden sulamispisteet olivat yli 215 astetta ja lämpöstabiilisuus parani ja sitkeys oli hyvä. Sähköstaattinen kehruu voi toteuttaa kuitumateriaalien jalostuksen perinteiseen kehruuteknologiaan verrattuna, ja PLA-kuutiokomposiittikiteiden muodostus voi auttaa parantamaan kuitumateriaalien mekaanisia ominaisuuksia.
4. Loppuhuomautukset
Tällä hetkellä biopohjaisten PLA-kuitujen ja -tuotteiden muodostus ja käyttö Kiinassa ovat vielä alkuvaiheessa. Tiedot osoittavat, että vuoden 2021 loppuun mennessä PLA:n tuotantokapasiteetti Kiinassa on noin 452,000 t, ja sen odotetaan saavuttavan 5 miljoonaa tonnia vuonna 2025.PLA eräänlaisena vihreänä ja ympäristöystävällisenä. ystävällinen materiaali, jolla on potentiaalia korvata perinteiset öljypohjaiset kuitumateriaalit. Analysoimalla ja vertailemalla olemassa olevia biopohjaisia PLA-kuidunmuodostusmenetelmiä ja niiden etuja ja haittoja, PLA:n hajoamisreaktio on ratkaistava sulakehräysprosessissa teollistumismahdollisuuksilla. sulakehruuprosessissa teollistumisnäkymällä, on tarpeen ratkaista ristiriita lämpöherkkyyden ja sulan korkean viskositeetin välillä ja laajentaa PLA-sulakehruun käsittelylämpötila-aluetta.
Samaan aikaan PLA-kierrätystekniikan avulla nopeuttaa PLA-kuitujen raaka-aineiden vakaata tarjontaa Kiinassa. Kansallisessa "kaksoishiilen" strategiassa ja muissa suotuisissa politiikoissa voidaan odottaa, että biopohjaiset PLA-kuitumateriaalit ja -tuotteet ohjaavat hyppysammakkokehityksen, biolääketieteen, suodatuksen ja erottelun, pakkausten ja muiden alojen osalta hyviä tuloksia. soveltamisen näkymiä.